Arome de Banane 6,5pts

09 / 2003 National Exercice n°2 : AROME DE BANANE (6,5 points)
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1. COMPOSÉ NATUREL OU COMPOSÉ ARTIFICIEL?
(0,25) L'industriel utilise le composé artificiel car il coûte moins cher
que le composé naturel. 2. QUESTIONS PRÉLIMINAIRES 2.1. (0,25) L'acétate de butyle appartient à la famille des esters. 2.2. (0,25+0,25) Un ester est synthétisé à partir d'un alcool et d'un acide
carboxylique. Le terme « acétate » dérive de l'acide éthanoïque (ou
acétique), le terme « butyle » du butan-1-ol.
(A) : Acide éthanoïque (B) : Butan-1-ol 3. SYNTHÈSE DE L'ACÉTATE DE BUTYLE AU LABORATOIRE. 3.1. (0,25) La température est un facteur cinétique, le fait de mettre le
becher dans un bain d'eau glacée ralentit très fortement la réaction
chimique (trempe). Ainsi le chimiste pourra décider de l'instant où
débutera réellement la réaction. 3.2. (0,25) L'acide sulfurique apporte des protons H+ qui servent de
catalyseur à la réaction : ils augmentent la vitesse de la réaction, sans
participer au bilan de celle-ci. 3.3. (0,25) [pic]
On peut vérifier éventuellement que l'on dispose bien de 0,10 mol : [pic]=
0,10 mol
3.4. (0,25) Le mélange initial comporte 0,10 mol d'acide carboxylique et
0,10 mol d'alcool, il est donc équimolaire, de plus les réactifs sont dans
les proportions st?chiométriques. Si la réaction était totale il se
formerait également 0,10 mol d'ester et 0,10 mol d'eau :
xmax = 0,10 mol 4. SUIVI DE LA SYNTHÈSE PAR TITRAGE DE L'ACIDE RESTANT. 4.1. (0,25) Le changement de couleur de l'indicateur coloré nous permet de
déterminer l'équivalence. (Quantité d'acide restante égale à la quantité de
soude versée). 4.2. (0,25+0,25)Au cours de l'évolution de la réaction d'estérification la
quantité d'acide diminue (consommation de cet acide pour former l'ester et
l'eau), puis reste constante (équilibre atteint). Le volume de soude versé
va donc suivre cette évolution : diminuer jusqu'à l'équilibre puis stagner
ensuite. 4.3. (0,25) RCO2H(aq) + HO-(aq) = RCO2-(aq) + H2O(l)
A l'équivalence, les réactifs ont été introduits dans les proportions
st?chiométriques, ainsi la quantité de soude versée est égale à la quantité
d'acide restante. On peut aussi dire qu'il y a changement de réactif
limitant. 4.4. (0,25) A l'équivalence la quantité de soude versée est : n(HO-(aq)) =
c.Véq
La quantité d'acide restante nA est donc la même : nA(t) = c.Véq 4.5. Pour la totalité du mélange initialement préparé
{5,8 mL d'acide carboxylique A et 9,2 mL d'alcool B} : 4.5.1. (0,25) Le mélange est équimolaire et les proportions des réactifs
sont st?chiométriques, nE = x . 4.5.2. (0,5) Pour un tube, on a : nA(t) = c.Véq .
Le mélange initial a un volume dix fois plus important, il contient dix
fois plus d'acide restant qu'un seul tube. On aura nAm(t) = 10.c.Véq Notons n0 la quantité initiale d'acide dans le mélange. (n0 = 0,10 mol)
D'après l'équation de la réaction d'estérification, on a nAm (t) = n0 - x
soit x = n0 - nAm(t)
soit : x = 0,10 - 10 . c .Veq .
5. ÉVOLUTION TEMPORELLE DE L'AVANCEMENT DE LA SYNTHÈSE ORGANIQUE. 5.1.
(0,25) Par lecture graphique,
il vient xf = 6,7.10-2 mol
(0,25) [pic]
[pic]
donc ( est bien inférieur à 1. 5.2. (0,25) « la transformation chimique est lente »: car d'après le
graphique l'équilibre est atteint au bout de 50 minutes
environ (x n'augmente plus).
(0,25) « La transformation chimique n'est pas totale » car ( < 1. 5.3. (0,25) Le système chimique est en équilibre car sa composition
n'évolue plus.
(0,25) Cependant, au niveau microscopique, les réactions d'estérification
et d'hydrolyse ont encore lieu, mais elles produisent autant d'ester
qu'elles en consomment. 5.4.1. (0,25) Pour accélérer la réaction d'estérification, on peut
« jouer » sur un facteur cinétique, par exemple la température. Si on
augmente celle-ci, la synthèse de l'acétate de butyle est accélérée. (0,25) Pour augmenter le taux d'avancement à l'équilibre, il faut
« déplacer » l'équilibre dans le sens direct. On peut par exemple mettre un
des réactifs en excès ou éliminer un des produits au fur et à mesure de sa
formation (ici l'eau qui possède la température d'ébullition la plus faible
parmi les espèces présentes). 5.4.2. (0,25) Si on veut une transformation rapide et totale, il faut
utiliser un anhydride d'acide (anhydride éthanoïque, dans le cas présent). (0,25)
H3C - C - O - C - CH3
O O
-----------------------
xf